Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 378
Статья
При разработке унифицированного многоканального интерфейсного модуля контроля температур для измерительных приборов, строящимся по магистрально-модульному принципу на базе центрального приборного модуля и используемых на космических аппаратах различного назначения, первостепенной задачей является оптимизазация его структуры, позволяющей обеспечить контроль температуры на элементах конструкции космических аппаратов в различных диапазонах измерения и с различными требованиями по точности и стабильности измерения. Статья посвящена анализу общих требований к структуре многоканального интерфейсного модуля контроля температур, в котором измерительные каналы могут иметь различные технические характеристики, и выбору вариантов схем измерения сопротивлений термопреобразователей, обеспечивающих устранение систематической составляющей погрешности измерения. Показано, что в структуре унифицированного многоканального интерфейсного модуля контроля температур должна быть многоканальная схема измерения, образующая несколько измерительных каналов с различными техническими характеристиками, работающими на общий канал аналого-цифрового преобразования. Для согласования измерительных каналов, имеющих различные входные сопротивления и работающих в различных диапазонах измерения, с общим каналом аналого-цифрового преобразования необходимо использовать управляемый нормирующий усилитель. Для исключения систематической составляющей погрешности измерения необходимо использовать трех- или четырехпроводные варианты схем измерения термопреобразователей сопротивления, позволяющие производить автокомпенсацию погрешности измерения, вносимую сопротивлениями проводов линий связи измерительных кабелей, и автокалибровку погрешности измерения, вносимую измерительными каналами. Для компенсации нелинейной составляющей погрешности измерения, вносимой термопреобразователями сопротивления, необходимо на основе кусочно-линейной аппроксимации их номинальных статических характеристик разбить рабочие диапазоны измерения на поддиапазоны и осуществлять автокалиброву погрешности измерения в каждом поддиапазоне отдельно.
Бесплатно
Статья
Рассматривается комбинированная схема перелета, в рамках которой ракета-носитель Falcon 9 выводит космический аппарат на эллиптическую промежуточную орбиту с космодрома на мысе Канаверал. В процессе проведения анализа задачи фиксируется значение высоты перигея и наклонение промежуточной орбиты, а высота апогея промежуточной орбиты варьируется. После отделения от последней ступени ракеты-носителя космический аппарат осуществляет перелет на геостационарную орбиту с использованием электроракетной двигательной установки. На этапе выведения космического аппарата с промежуточной орбиты на геостационарную орбиту с использованием электроракетной двигательной установки рассматривается задача минимизации массы рабочего топлива многовиткового межорбитального перелета. Число витков и высота апогея промежуточной орбиты варьируются с целью анализа влияния этих параметров на длительность перелета и доставляемую массу космического аппарата на геостационарную орбиту. Основной целью данной работы является вычисление оптимальных значений высоты апогея промежуточной орбиты и оптимальных значений числа витков, обеспечивающих за заданное время delta(t)* доставку максимальной массы космического аппарата на геостационарную орбиту. Для решения задачи оптимизации применяется принцип максимума Понтрягина. После применения принципа максимума задача оптимизации сводится к решению краевой задачи, которая решается методом продолжения по параметру. В работе приводятся результаты задачи оптимизации многовиткового межорбитального перелета и анализ энергетических характеристик комбинированной схемы выведения космического аппарата на геостационарную орбиту.
Бесплатно
Статья
Переход к производству космических аппаратов нового поколения требует значительного совершенствования методов и средств наземной экспериментальной отработки, повышения точности испытательного оборудования. Одним из базовых и наиболее сложных элементов испытательного оборудования, применяемого при комплексных термовакуумных испытаниях космических аппаратов, является имитатор солнечного излучения. В настоящее время перспективным направлением считается построение имитаторов солнечного излучения на основе высокоэффективных светодиодов, имеющих значительные преимущества перед традиционными источниками. В числе основных задач при создании светодиодного имитатора солнечного излучения, адаптированного для наземной отработки космических аппаратов, находится разработка высокоэффективной и, в то же время, компактной оптической системы, суммирующей с минимальными потерями излучение множества отдельных светодиодов светодиодной матрицы по спектру, углу и площади в однородное световое поле. В статье проанализированы результаты математического моделирования светового источника светодиодного имитатора солнечного излучения на примере нескольких моделей с различным числом светодиодов, как без оптических элементов, так и с различными первичными оптическими элементами. Из результатов следует, что светодиодный имитатор солнечного излучения обязательно должен иметь, как минимум, первичную оптическую систему. Определено влияние количества, типа и размера первичных оптических элементов в матрице на характеристики светового потока. Совместное применение первичной и вторичной оптических систем приводит к дальнейшему повышению световых характеристик светодиодного имитатора солнечного излучения, но ценой некоторого снижения общей эффективности. В целом характеристики смоделированного светового источника соответствуют или вплотную приближаются к требуемым, что говорит о принципиальной возможности создания имитатора солнечного излучения на основе светодиодных источников для наземной отработки космических аппаратов.
Бесплатно
Оптические свойства и радиационная стойкость полипропилена, модифицированного наночастицами MgO
Статья
Полимерные композиционные материалы широко используются в космических аппаратах и станциях в терморегулирующих покрытиях, в качестве герметиков, уплотнений, теплоизоляции, а также во многих других конструкциях и изделиях. Основной характеристикой таких материалов является стабильность свойств и рабочих характеристик к действию факторов космического пространства, среди которых основными повреждающими являются различные виды излучений. Поэтому актуальными являются исследования влияния потоков электронов, протонов, квантов солнечного спектра на изменение оптических, электрических, механических и других свойств полимерных композиционных материалов. В данной работе представлены результаты исследования оптических свойств и радиационной стойкости нанокомпозитов на основе полипропилена, модифицированного твердотельным способом наночастицами MgO в диапазоне концентраций 1–5 масс.%. Регистрацию спектров диффузного отражения осуществляли в вакууме 2·10-6 торр до и после облучения электронами (in situ, Е = 30 кэВ, Ф = 2·1016 см-2). Выполнен анализ природы полос поглощения, зарегистрированных в спектрах диффузного отражения, которые обусловлены образованием свободных радикалов: – С3Н5 –, – С3Н6 –, – C4H6 –, – C4H7 –, – C4H8–, – C4H12 –, – C5H7 –, – C5H10 –. Установлено оптимальное значение концентрации наночастиц, равное 2 масс.%, при которой площадь интегральной полосы поглощения при 360 нм после облучения уменьшилась в 3,35 раза, ее интенсивность в максимуме – в 3,88 раза по сравнению с немодифицированным полипропиленом.
Бесплатно
Опыт применения имитационной модели демонтажа графитовой кладки реактора АМБ-100 Белоярской АЭС
Статья научная
Изложен опыт практического применения имитационного моделирования при отработке технологии демонтажа графитовой кладки реактора первого блока Белоярской АЭС.
Бесплатно
Организация кластера высокой готовности
Статья
Одним из способов обеспечения надежности системы обработки и хранения данных, ежесекундного обеспечения пользователей оперативной и достоверной информацией является кластеризация серверных систем, за счет которой поддерживается ее высокий уровень. В статье рассмотрено построение кластера высокой готовности. Для повышения отказоустойчивости используются несколько серверов, подключенных через несколько коммутаторов. В серверах предусматривается несколько сетевых интерфейсов с использованием технологии bonding и RAID-массив. Серверы и коммутаторы подключаются к источникам бесперебойного питания, которые тоже резервируются. Приведены программные пакеты и их конфигурационные файлы, необходимые для функционирования кластера: bond, drbd, pacemaker, corosync. Дано описание конфигурации pacemaker и ресурс агентов: виртуальный IP-адрес – для того, чтобы у кластера был единый адрес, drbd – для зеркалирования RAID-массивов, programmControl – для управления приложениями, wakeUp – для управления включением и выключением серверов. В результате был спроектирован кластер высокой готовности, у которого, помимо серверной части, резервируется сеть и память. При переходе от одного сервера к другому обслуживание клиентов сервером прерывается на очень короткое время.
Бесплатно
Освоение и внедрение перспективных технологий в АО «ОКБ «Факел»
Статья
На предприятии осваивается ряд технологий получения функциональных материалов для термокаталитических и стационарных плазменных двигателей. В статье описываются достижения в части разработки катализатора разложения гидразина с высокими физико-химическими характеристиками. Активность катализатора оценивали методом хемосорбции водорода, максимальные значения были получены в области 700–750 °C и составили более 1000 мкмоль/г. Механическая прочность гранул определена в результате динамических и статических испытаний: 0,5 % и 16 МПа соответственно. Площадь удельной поверхности по данным одноточечного метода Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) составила порядка 110 м2/г. В рамках выполнения работ по получению нового низкотемпературного эмиссионного материала методом твердофазного сплавления были получены образцы электридной формы майенита, проведены лабораторные испытания, результаты которых свидетельствуют о достижении эмиссионного тока до 1 мА, но на данный момент не достигнута длительная стабильная работа эмиттера. В рамках работы по отработке нанесения барьерного покрытия нитрида гафния были получены и исследованы опытные образцы покрытий на штатных деталях катодного узла. Покрытие характеризуется равномерностью по толщине, однородностью по цвету, высокой адгезией к деталям. В продолжение темы планируется проведение огневых испытаний в составе двигателя.
Бесплатно
Статья
Развитие малых космических аппаратов требует решения ряда новых научно-технических проблем. Представлены основные направления исследований и разработок Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова по решению задач создания малых космических аппаратов, развертывания и поддержания орбитальных группировок малых космических аппаратов, управления орбитальными группировками. Представлены отдельные результаты этих работ, в частности, аванпроект малого космического разгонного блока с инновационным двухкомпонентным газовым ракетным двигателем на кислороде и водороде, эксплуатируемого совместно с ракетой-носителем сверхлегкого класса. Малый космический разгонный блок решает задачи межорбитальной транспортировки малых космических аппаратов. Он не имеет аналогов в отечественной ракетно-космической технике. Представлены варианты баллистически связанных групп малых космических аппаратов, способные обеспечить формирование на орбитах устойчивой квазистационарной распределенной апертуры с целью повышения эффективности космических систем связи и дистанционного зондирования Земли. Представлена разработка инновационного исполнительного механизма – двухосная поворотная платформа на основе пьезоэлектрических приводов. Данное устройство существенно превосходит традиционные электромеханические устройства на основе электроприводов по массе, габаритам, динамическим характеристикам и другим параметрам. Рассмотрены варианты применения данной поворотной платформы в составе служебных и целевых систем малых космических аппаратов. Показано, как это может обеспечить существенное повышение тактико-технических характеристик малых космических аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Представлено текущее состояние дел в области управления автономными мобильными роботами. Рассмотрена возможность использования принципов интерпретирующей навигации для повышения автономности мобильных роботов.
Бесплатно
Особенности анализа динамических нагрузок привода вращения механизмов космического аппарата
Статья
Рассматривается исполнительный прецизионный универсальный мехатронный модуль, позволяющий совершать высокоточное вращательное движение выходного кинематического звена. Универсальный мехатронный модуль предназначен для создания кинематики мехатронных систем наведения и позиционирования объектов авиационно-космической техники. Ключевыми особенностями исполнительного прецизионного универсального мехатронного модуля являются высокая точность позиционирования, малые масса и габаритные размеры. Цель работы – создание конечно-элементной модели и проведение анализа динамических нагрузок для оценки стойкости конструкции к внешним вибрационным нагрузкам. В первом разделе описывается создание конечно-элементной модели с учетом радиальной и осевой жесткости опорных элементов конструкции. Во втором разделе описано выполнение статического анализа для создания преднагруженного состояния и проведение динамического анализа. Исследовано влияние синусоидальной и случайной вибраций, определены собственные частоты конструкции универсального мехатронного модуля.
Бесплатно
Особенности инновационных процессов по критическим технологиям наукоемких производств
Статья научная
Рассмотрены возможности использования приоритетных космических технологий для развития инновационных процессов при производстве космических аппаратов и их агрегатов.
Бесплатно
Особенности комплектующих систем терморегулирования космических аппаратов
Статья
Основными показателями качества космических аппаратов являются их надёжность и срок активного существования на орбите, и существенную роль в этом играет их температурный режим. Одна из основных задач системы терморегулирования заключается в обеспечении заданного теплового режима, при котором обеспечивается стабильная работа всех систем внутри объёма космического аппарата. Это требует применения специальных агрегатов – насосов, подающих по заданному контуру теплоноситель, вентиляторов и других, регулирующих сбор, передачу и перераспределение тепла. Как к системе терморегулирования в целом, так и ко всем составляющим её агрегатам, предъявляются высокие требования, в том числе по массогабаритным характеристикам, гарантированному сроку службы, ресурсу и надёжности. Предложен параметр совершенства комплектующих системы терморегулирования. Показаны основные этапы проектирования, разработки и экспериментальной отработки агрегатов космических аппаратов. Подробно рассмотрены принципы работы и состав систем терморегулирования, основные параметры и устройство составляющих их агрегатов ? различных типов нагнетателей жидкости и малорасходных вентиляторов газа малой мощности, обеспечивающих заданные малые величины расходов и напоров с высокой надёжностью в пределах установленного срока непрерывной работы, в том числе с применением резервирования. В результате совершенствования системы терморегулирования, наряду с совершенствованием других систем жизнеобеспечения, срок активного существования спутников к настоящему времени достигает 15 лет.
Бесплатно
Статья
Важным этапом при разработке интерфейсных модулей контроля температур для измерительных приборов, реализуемых по магистрально-модульному принципу построения на базе центрального приборного модуля и используемых в составе измерительной системы на космических аппаратах различного назначения, является обеспечение их помехоустойчивой работы при воздействии на измерительную систему совокупности различных видов помех, которые определяют электромагнитную обстановку на космическом аппарате. Статья посвящена анализу характеристик воздействующих на измерительную систему различных видов помех, выявлению путей их проникновения в интерфейсный модуль контроля температур и определению влияния характеристик этих помех на выбор мер по обеспечению требуемой помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в составе измерительного прибора. Показано, что пути проникновения помех в интерфейсный модуль контроля температур зависят от частотных и временных характеристик действующих на измерительную систему помех. Меры по ослаблению этих помех необходимо определять после оценки опасности их проникновения в интерфейсный модуль контроля температур по каждому пути отдельно во всем частотном диапазоне их воздействия. По результатам таких оценок следует определять комплекс обоснованных мер по обеспечению помехоустойчивости интерфейсного модуля контроля температур в составе измерительного прибора, реализуемых в совокупности на уровнях проектирования измерительной системы, измерительного прибора и интерфейсного модуля контроля температур.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены общие сведения об автоматах продольного точения с числовым программным управлением. Даны рекомендации по выбору режущего инструмента для обработки мелкоразмерных деталей, по последовательному выполнению операций на автоматах продольного точения. Предложено техническое решение устройства для закрепления длинномерных заготовок, позволяющее устранить вибрации при обработке на автомате продольного точения.
Бесплатно
Особенности ориентации навигационных космических аппаратов
Статья
Проведен анализ особенностей целевого использования навигационного космического аппарата. Сделан вывод о необходимости детального моделирования воздействующих гравитационных сил от Земли, Луны, Солнца и сил негравитационной природы для высокоточного прогнозирования движения космического аппарата на длительный период. Также сделан вывод о необходимости запрета на использование реактивных систем для разгрузки исполнительных органов системы ориентации космического аппарата в течение всего срока активного существования. Рассмотрены общие требования, предъявляемые к системе ориентации навигационного космического аппарата. Приведены преимущества ориентированного космического аппарата по отношению к неориентированному. Рассмотрено влияние погрешности ориентации навигационных антенн на качество излучаемого сигнала. Проведена оценка влияния погрешности ориентации панелей солнечных батарей на величину снимаемой с них мощности. Определены принципы построения системы ориентации, удовлетворяющие требованиям навигационного космического аппарата в части точности. Рассмотрены особенности ориентации навигационных космических аппаратов на теневых орбитах. Приведена формула для расчета длительности теневого участка от Земли. Приведена кинематика движения направления на Солнце из центра масс космического аппарата для невозмущенного вращения осей космического аппарата. Представлены результаты анализа динамики ориентации космического аппарата при прохождении особых зон теневых орбит и разработаны рекомендации по организации упреждающих разворотов. Сформулированы специальные требования к системе ориентации навигационного космического аппарата. Представлена оценка влияния погрешности ориентации космического аппарата на величину сил от солнечного давления, действующего на космический аппарат. По результатам данной оценки был сделан вывод о влиянии погрешности системы ориентации на ошибку прогнозирования движения центра масс космического аппарата.
Бесплатно
Особенности разработки имитационной модели редукторной сборки привода космического аппарата
Статья
Рассматривается редукторная сборка привода вращательного движения системы космического аппарата. Такие редукторные сборки являются одним из основных элементов систем космического аппарата с применением крупногабаритных конструкций, которые в транспортном положении находятся в сложенном состоянии. В связи с развитием вычислительной техники появляется возможность создавать более точные имитационные модели таких конструкций. Целью работы является создание имитационной модели, позволяющей производить анализ возникающих нагрузок на волновом редукторе из состава редукторной сборки привода космического аппарата. В первом разделе рассматривается процесс создания конечно-элементной модели привода. Одной из особенностей создания конечно-элементной модели является способ учета предварительного напряженно-деформированного состояния в элементах конструкции волновой передачи. Во втором разделе производится анализ полученных данных в ходе проведения расчета. Исследуются полученные эквивалентные напряжения на деталях конструкции, контактные напряжения в зубчатом зацеплении, определяется крутильная жесткость элементов редуктора, рассматриваются различные положения зуба при движении. Исследовано влияние нагрузок, прикладываемых к выходному звену редуктора на поверхности зубчатых колес. Полученная имитационная модель позволяет рассматривать аналогичные редукторные сборки, в которых применяются волновые передачи.
Бесплатно
Особенности системы терморегулирования малого космического АПП арата "Юбилейный-2"
Статья научная
Разработана методология для проведения термобалансных и электротермовакуумных испытаний спутника негерметичного исполнения. Получена высокая точность схождения результатов математического расчета и экспериментальных данных для точной имитации космического пространства.
Бесплатно
Статья
Подвижность и изменчивость атмосферы и околоземного космического пространства делают крайне важным получение экспериментальной информации о ее динамических характеристиках: скорости, направлении ветра и степени турбулентности. Одним из перспективных методов получения этих данных является вертикальное радиолокационное зондирование атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования или ветровые профилометры – относительно новый вид аппаратуры для исследования атмосферы. Радиолокационные станции вертикального зондирования предназначены для дистанционного бесконтактного определения параметров скорости ветра над точкой зондирования в тропосфере и нижней части термосферы. Для получения информации о динамике атмосферных движений используется явление отражения электромагнитных волн от турбулентных образований и образований другой природы. Временное положение отраженного сигнала и сдвиг по частоте, обусловленный эффектом Доплера, дают точную информацию о высоте и скорости перемещения атмосферных неоднородностей. Анализ параметров отраженных сигналов позволяет получать в реальном масштабе времени высотно-временное поле скорости ветра и интенсивности турбулентности. Физические принципы, положенные в основу функционирования этих станций, позволяют проводить непрерывные измерения независимо от погодных условий. В статье рассматриваются основные методы измерения вертикального профиля атмосферы и нижней части термосферы, способы сканирования и классификация средств зондирования вертикального профиля атмосферы, а также особенности функционирования и построения радиолокационных станций вертикального зондирования с малоэлементной решеткой.
Бесплатно
Статья
В работе показана актуальность совершенствования существующих и создания новых эффективных методов неразрушающего контроля и технической диагностики высоконагруженных конструкций летательных аппаратов из полимерных композитных материалов для обеспечения безопасной эксплуатации. Рассмотрены подходы к созданию эффективных систем одновременного встроенного контроля деформаций и температуры конструкций из полимерных композитных материалов оптическим методом с использованием интегрированных волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток. Проанализирован мировой опыт создания подобных систем, методология неразрушающего контроля с учетом создания пространственной топологии волоконно-оптических датчиков в реальном изделии. Показано, что для решения данной задачи наиболее целесообразно применение метода двух оптических волокон, имеющих различную чувствительность к деформации и температуре, либо к одному из этих параметров. Представлены результаты экспериментальных исследований по одновременному контролю предложенным методом деформации и температуры конструктивно-подобного образца из углекомпозита, перерабатываемого вакуумным способом из препрега. Установлено, что применение квадратичной модели оптического контроля конструктивно-подобных образцов из углекомпозита позволяет повысить точность измерений деформации и температуры в сравнении с линейной моделью контроля. Подтверждено, что предложенная экспериментальная методика позволяет осуществлять одновременный контроль деформации и температуры конструктивно-подобных образцов из углекомпозитов, при этом она может быть скорректирована и адаптирована под реальные условия эксплуатации конкретной конструкции.
Бесплатно
Остаточные напряжения в аддитивно изготавливаемых деталях: обзор
Статья научная
В настоящее время в производство авиа- и космической техники внедряются аддитивные методы изготовления деталей. Аддитивные технологии позволяют создавать детали сложной конфигурации, тем самым обеспечивая высокую эффективность их применения. Однако одной из ключевых проблем, возникающих на пути применения аддитивных технологий, являются остаточные напряжения, которые возникают в процессе аддитивного производства и присутствуют на всех его этапах. Остаточные напряжения, являющиеся следствием температурного нагрева и охлаждения конструкции, могут оказывать серьезное влияние на механические и эксплуатационные свойства изготавливаемых деталей. В статье рассмотрены причины возникновения остаточных напряжений при различных методах аддитивного производства. Проведена оценка их влияния на прочностные характеристики напечатанных конструкций и геометрическую точность их изготовления. Рассмотрены методы снижения остаточных напряжений на разных этапах аддитивного производства, включая моделирование аддитивной детали и ее обработку после изготовления. Проведен обзор существующих подходов и методов к моделированию и прогнозированию остаточных напряжений в аддитивно изготавливаемых конструкциях, что особенно важно для снижения остаточных напряжений и увеличения прочности и надежности в критически важных элементах аэрокосмической техники.
Бесплатно
